支持转速现场标定的玉米精密排种器电驱控制系统研究

针对现有玉米精密电驱排种控制系统无法快速适应多类型排种器排种控制的问题,在玉米CAN总线电动排种的基础上,设计了一种对玉米排种器排种驱动进行现场标定的电驱控制系统。系统在排种驱动电动机控制信号与排种盘转速之间的对应关系中,采用分段线性插值的方法现场获取排种器驱动曲线,实现排种盘转速标定与控制。以国产气吸式玉米精密排种器和指夹式玉米精密排种器为试验对象,在模拟车速下,对系统排种盘转速现场标定的控制准确性进行试验。电驱气吸式排种器排种盘转速控制性能试验中,株距设定为25 cm,车速设定为3~12 km/h(间隔3 km/h),结果表明,系统调节时间最长为0.80 s,稳态误差最大为0.81 r/min,控制精度最低为97.42%。电驱指夹式排种器排种盘转速控制性能试验中,株距分别设定为20、25、32 cm,车速设定为4~9 km/h(间隔1 km/h),结果表明,总体排种盘转速平均调节时间为1.09 s,标准差为0.26 s;总体平均稳态误差为0.38 r/min,标准差为0.23 r/min;总体平均控制精度为98.30%,标准差为1.01%。与分段PID排种转速控制系统控制性能进行对比得出,支持转速现场标定的系统具有更好的适应性,平均调节时间减少0.51 s,平均稳态误差增大0.16 r/min,平均控制精度降低0.63个百分点。选用指夹式排种器,进行了播种均匀性田间试验,株距为20 cm,车速范围为4~7 km/h(间隔1 km/h),结果表明,播种合格指数大于等于84.26%,变异系数小于等于18.29%,说明系统能够完成对玉米精密排种器排种转速控制曲线的高控制精度现场标定,能够精准控制电驱排种转速。     

精密播种机下压力和播深CAN总线监控与评价系统研究

为实现精密播种作业中播种下压力和播深的实时监控和质量评价,设计了一种多行播种机下压力和播深CAN总线监控与评价系统。系统采用基于角度和轴销传感器的播深和下压力测量装置,优化设计了液压驱动和分区控制的气压驱动装置,开发了基于Co De Sys(Controlled development system)编程环境的智能终端交互界面和ECU(Electronic control unit)控制程序,实现了基于CAN总线通信的作业参数监测控制和质量评价。通过搭建的室内试验台完成了播深和下压力静态建模试验,建立了适应不同设定播深的下压力测量模型。分区控制系统响应测试试验表明,在调节范围(0. 2～0. 6 MPa)内,系统超调量低于5. 97%;响应时间与控制行数和设定气压正相关;在设定气压(0. 1～0. 6 MPa)范围内,6行播种机调节时间不超过2. 35 s。为测试系统工作性能,在25、50、75 mm 3种设定播深下,对左区控制(600 N)、右区控制(300 N)、机械调节和自重调节4种控制方式进行了田间性能试验。土壤压实和播种下压力控制效果试验表明,主动分区控制方式可实现更为稳定的土壤紧实度,且在浅旋地块环境下,右区控制方式可达到最优的下压力稳定性,其控制合格率不小于95. 78%;播深控制效果试验表明,随着设定播深的增大,播深质量显著降低,在设定播深25～75 mm范围内,左区控制、右区控制、机械调节和自重调节对应的最小播深合格率分别为91. 92%、92. 53%、70. 44%和58. 72%,对应的最大标准差分别为2. 22、3. 11、3. 69、7. 70 mm,对应的最大变异系数分别为3. 52%、4. 40%、4. 96%和14. 01%。相比机械调节和自重调节,分区控制系统提高了单体下压力和播深稳定性。     

温室智能装备系列之八十九 2BPK-650型穴盘育苗辊式同步打孔机研制和测试

<正>集中育苗是指设施栽培按照需求订单式制定育苗计划,统一购种、播种施肥、集中管理、批量供应的一种高效育苗方式,是现代设施农业发展的必由之路,在北京郊区的温室中大多都采用集中育苗的方式进行生产。如果采用传统的人工方式进行集中育苗,就需要大量高强度的重复性劳动,而利用机械化作业的方式可以让生产更加高效。播种前的打孔工作决     

玉米精密播种粒距在线监测与漏播预警系统研究

针对玉米精密播种粒距偏差导致播量分布不均匀的问题,设计了玉米精密播种粒距在线监测与漏播预警系统。该系统主要由车载计算机、排种监测ECU及相关传感器组成,设计了上位机监测软件和基于移动平均粒距在线监测的下位机程序,通过监测玉米精密播种作业过程中的粒距及其误差,完成漏播预警。首先,设计并进行了排种计数监测精度试验,结果表明,在模拟车速3～12 km/h范围内,以1 km/h递增变化的10个车速下,系统对指夹式排种器和气吸式排种器的排种计数监测平均准确率分别为99.12%、99.71%,标准差分别为0.52%、0.44%,总体排种计数监测误差平均值小于1%。其次,基于高速摄像的播种粒距测量试验台进行了实验室环境下的粒距监测精度试验,采用指夹式排种器进行排种,目标粒距为25 cm,在车速3～12 km/h范围内,以1 km/h为间隔的10个车速下,系统对粒距监测误差绝对值的平均值为2.34 cm,标准差为2.56 cm。针对试验结果存在较多的随机异常点问题,采用移动平均滤波对监测粒距进行分析,得出粒距监测误差绝对值的平均值为0.79 cm,标准差为0.62 cm,单车速下对应的粒距监测误差绝对值的平均值最大为1.69 cm,标准差为0.23 cm,经移动平均滤波处理后,粒距误差异常点明显减少,系统粒距监测误差小于2.00 cm。最后,基于气吸式玉米精密播种机设计了试验样机,设置播种车速为5.49、8.49 km/h,目标粒距为25 cm,进行了田间播种粒距监测精度试验,分别采集350个连续的出苗粒距进行对比分析,结果表明,与出苗粒距移动平均值相比,系统粒距监测误差的平均值分别为1.84、2.22 cm,标准差分别为1.61、2.13 cm,粒距监测值曲线与出苗粒距移动平均值曲线的变化趋势基本相同。     

播种单体对地下压力测量方法和数学模型

对播种下压力实时测量是精准控制的基础,为了提高现有测量方法的通用性、准确性和稳定性,该研究在对播种下压力和播种深度关系模型分析基础上,采用轴销传感器播种下压力测量方法,进行了传感器力学分析和设计选型方法研究,并针对不同播深设定下单一测量模型误差大的问题,建立了融合播种深度因素的播种下压力测量修正模型,模型决定系数(R^2)为0.991 6,均方根误差(root mean square error,RMSE)为28.88 N,验证试验表明,不同播深设定下,模型预测误差绝对值最大为44.13 N,最大相对预测误差为3.28%,提高了播种下压力测量模型通用性和准确性。播种下压力田间动态变化分析试验结果表明,在4~8km/h车速下,播种下压力振荡主频幅值随车速增加而减小,且免耕处理下主频幅值和功率谱密度(powerspectraldensity,PSD)峰值均大于旋耕处理。不同车速和耕作方式下,播种下压力振荡主频变化较小,主要集中在0~1 Hz,为后续信号稳定输出的滤波处理提供依据。该研究结果可为播种下压力的精准控制奠定基础。     

穴盘育苗辊式同步压穴装置的设计

穴盘育苗中,均匀适宜的出苗间距可以减少幼苗间对光、养分等的竞争,保证幼苗健康生长,提高壮苗率,且减少了后续自动育苗移栽操作的夹持损伤。作为育苗环节之一,压穴质量好坏直接影响播种出苗居中性,关系到最终成苗质量。为实现育苗精准压穴,针对现有辊式压穴装置压穴对中性不稳定造成的穴孔中出苗不居中问题,在对压穴辊运动轨迹理论分析基础上,提出分段辊式同步压穴方式,以提高压穴居中率。同时,考虑压穴滚筒上压穴针粘黏基质清扫不净影响成孔效果和播深现象,设计出直线往复式压穴辊刷土机构,最终设计出相应的辊式同步压穴装置。该压穴装置主要由传送平台、压穴平台、电控系统和平台支架组成,实现了传送平台等间距输送穴盘及压穴辊转动与穴盘前进同步,保证了压穴对中性。基于PLC控制的电控系统可通过触控操作界面启停装置、调节压穴速度和监测压穴作业量,满足实时作业需求。该设计有效地解决了育苗过程中压穴对中性差影响成苗质量的问题,提高了幼苗分选移栽的可操作性,并为后续压穴压穴对种子出苗状况影响的研究提供了参考。     

穴盘育苗基质覆土装置的设计与试验

工厂化育苗中,覆土环节是种子成苗、壮苗的关键,直接影响育苗素质。基于成本考虑,育苗种植户常采用普通床土作为覆土基质,替代价格较高的蛭石。因床土湿度大、颗粒粗糙,易造成现有辊式和带式覆土装置出现基质堵塞和带土打滑现象。为此,提出一种角钢链条式基质覆土装置,包括基质覆土装置、穴盘传送平台和控制系统。工作时,通过焊接在链条上的角钢将料斗中基质刮出,改变履带和覆土速度差实现覆土厚度调节,并采用光电传感器,通过控制系统实现穴盘的自动覆土。对样机进行覆土均匀性试验,结果表明:装置对基质干湿度适应性较好,当覆土厚度大于9.59mm时,样机覆土均匀性较好;未进行覆土刮平情况下,覆土面较为平整,变异系数小于10%,满足育苗作业需求。     

穴盘自动清洗装置性能试验研究

工厂化育苗作业中,穴盘再次使用前需进行清洗消毒,以免影响种子出苗质量。物理水压冲洗是目前公认的最科学、经济和环保的方法,适宜的清洗条件既能保证在较高效率下达到最优的清洗效果,也可尽量地减小水压对穴盘的冲击损伤。为研究穴盘自动清洗装置清洗性能,优化最佳清洗参数,在前期装置设计基础上,完成试验装置研制。通过分析装置工作原理,定义清洗洁净率为评价指标,以清洗次数、清洗速度和清洗压力为试验因素,进行了三因素三水平正交试验。结果表明:影响清洗洁净率的主次因素依次为清洗次数、清洗压力、清洗速度。当清洗次数6次、清洗速度15Hz(900盘/h)、清洗压力500k Pa时,清洗性能最佳,清洗洁净率达98.56%。本试验为穴盘清洗装置工作参数的确定和结构参数的优化提供了理论参考依据。     

育苗穴盘自动清洗装置的设计

工厂化育苗过程中,使用过的穴盘中常含有有害病原菌,影响种子出苗质量,重复使用前需进行清洗消毒处理。针对传统手工清洗方式劳动强度大、效率低、易伤盘,且部分穴盘基质固结不易洗净的问题,提出了清水浸泡-水压冲洗-风力干燥的方式,即浸泡后的穴盘竖直送入清洗舱,两侧对称喷头多次冲洗,后续风力干燥,最终设计了一种育苗穴盘自动清洗装置。该装置主要由清洗系统、干燥系统和控制系统组成,通过控制系统实现清洗水压和清洗速度可调,并利用压力变送器和变频器的PID控制稳定清洗压力,同时清洗用水可循环利用。该设计有效地提高了穴盘清洗效率和作业性能,避免了穴盘损伤,满足了育苗穴盘重复利用清洗需求。     

冬小麦精准分层施肥宽苗带播种联合作业机研究

宽苗带冬小麦种植和肥料分层施用技术具有较好的应用推广价值,为了促进农艺农机融合,设计了一款宽苗带冬小麦分层施肥播种联合作业机,以及一套与其配套使用的精量排肥/排种控制系统。首先确定了联合作业机的整体架构,并对其限深机构、三点悬挂机构等进行重点设计,其中限深机构的支架安装倾角设置为15°,使限深轮旋转中心与旋耕机构刀轴旋转中心的水平间距增大115 mm,以避免前抛土块或秸秆对限深机构正常滚动的影响,另将传统三点悬挂机构上悬挂点由球形副变换为移动副,使种肥分层投送机构的纵向横梁时刻与地面平行;然后开发了精量排肥/排种控制系统,确定了嵌入式主机、液压马达电控驱动模块等关键硬件的选型方案,设计了嵌入式主机的操作软件界面,使联合作业机能够精准控制深、浅层肥和种子的排量;最后对联合作业机主要技术参数、旋耕深度等15项指标进行检测,试验结果表明,联合作业机所测指标均满足规定的性能要求,能够满足田间的肥料分层施用、宽苗带播种农艺技术要求。